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[摘 要] 在复杂地层特别是互层频繁变化的地层施工钻孔桩，保持一定的泥浆比重是至关重要的，同时钻进过程中孔内水头高度也是成孔质量的关键。采用多层地基土超长钻孔桩成桩技术方法，实现了桩的孔位孔径均较为规则，无大的扩孔和孔壁坍塌等现象。
[关键词] 多层地基土；不稳定地层；超长钻孔桩；施工工艺
中图分类号：TU47文献标识码： A 文章编号：
1 现有桩基础施工工艺
桩基础由基桩和连接于桩顶的承台共同组成，广泛应用于高层建筑与桥梁当中。桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震造成浅部土层液化与震陷的情况下，桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力，从而确保高层建筑的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。常用的桩型主要有预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻（冲）孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、钢管桩等，其适用条件和要求在《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）中均有规定。
2 施工设备选型及钻具配备
2.1 设备选型
该项目工程桩径2.0m，设计孔深最大132m，实际施工孔深达136m，为國内同类工程之最，
尚无成熟的施工经验可供借鉴。经广泛查询各类钻机性能并进行经济技术比较，分析钻进工艺及钻机对地层的适应性后，引进4台中升（南京）起重机械有限公司生产的ZSD-3000型液压钻机。该钻机为全液压控制，最大钻孔直径3000mm（岩石），钻孔深度150m；转速为0r/min～8r/min，扭矩为2.10×103N•m；转速为0r/min～14r/min，扭矩为1.20×103N•m。提升能力1.50×106N，导向架倾斜角25°，动力头倾斜角45°，整机总功率2.10×103W。钻机配备12BS砂石泵组，排量达1200m3/h。
2.2 钻具配备
钻杆选用φ 325mm×25mm法兰钻杆，配双侧高压气管。该钻杆刚度大，能保证钻进过程中的垂直度要求，同时满足大泵量、反循环快速钻进。为满足地质互层频繁的实际情况，钻头经反复试验，对比改造，确定为四翼双腰带合金前导梳齿钻头。钻头翼板仰角30°，前角15°，前导锥形小钻头φ45cm，长50cm。合金刀片采用YG8A140硬质合金。这种钻头能满足在黏土层钻进时不致糊钻，在姜石层不致蹩车歪钻。适宜的切削角保证了钻碴块度，既能满足快速钻进的要求，同时也便于钻碴反循环抽排时不至于卡在钻杆中。为保证开钻时的垂直度，在开孔时钻头增加配重15t，确保钻杆处于铅直状态；钻进至30m以下时，钻杆的自重即能保证钻杆铅直，为减小钻杆的自由长度，在钻杆中间加腰带扶正器。
3 施工工艺
3.1 钻进施工
3.1.1 施工准备
因钻机自重达45t，地表承载能力有限，在施工前进行场地硬化，以保证钻进过程中钻机的稳定和动力转盘水平。经计算，采用C15混凝土硬化厚度20cm，同时在场地上预留泥浆循环沟。确定的主要施工方案为反循环成孔，为保证在30m以上范围新的地质层面钻进安全和新老地层交界处不致出现倾斜，在第一个孔40m范围内，采用扩大孔径（2400mm），水泥浆护壁工艺试验，经孔斜、孔径检测能满足垂直度和护壁要求（成孔孔径2018mm），但成孔周期过长；采用改善泥浆指标、调整钻速等措施，通过两个孔的实践，解决了在新地质层面钻进的成孔质量问题。
3.1.2 工艺参数
为保证孔的垂直度，钻进中除地表段粉砂层外，全程采用减压钻进，气举反循环成孔。钻机额定钻进钻压250 M P a ，钻进中控制 在00MPa～125MPa。 ZSD-3000型液压钻机转速为0rpm～14rpm，在前30m钻进时采用高转速（10rpm）、高浓度泥浆（2.4g/cm3）钻进，以加强粉砂层及黏土互层护壁；在黏土层钻进时采用中转速（6rpm）、较低浓度泥浆（1.9g/cm3）钻进，防止黏土在钻头梳齿和腰带部位糊钻；在姜石层采用低转速（3rpm）、低浓度泥浆（1.5g/cm3）钻进，同时加大钻压至200MPa；最终成孔周期控制为7d。
3.1.3 泥浆指标及循环系统
在钻进前30m时因无泥浆可利用，采用孔外造浆。采用磷质膨润土6%～8%，黏土20%，片碱0.3%，CMC0.5%，PHP0.05%，并进行多次试配，配制成优质泥浆。钻进至黏土层时可进行孔内造浆，通过循环系统中泥浆指标测定，适时添加泥浆外加剂，保证钻进过程中泥浆指标。在开孔前场地附近设泥浆循环池和造浆池，通过泥浆沟与孔位相连。正常钻进穿过砂层后，泥浆循环采用ZX-250泥浆净化装置。在反循环钻进时，以12′胶管连接钻机和泥浆净化装置进浆口，泥浆经振动筛两层筛网过滤，钻碴经筛网倾斜面卸落，泥浆进入净化装置，除砂后胶管流入孔内，形成反循环回路。泥浆净化装置可以将泥浆中的钻碴及时分离净化干燥，便于清理运输，同时便于场地泥浆池布置，节省了泥浆沉淀时间和循环回路，保证入孔泥浆指标，大大提高了钻进效率。
3.2 孔径检测
成孔后，采用JJC-1桩基检测系统的井斜仪进行垂直度检测，根据规范满足垂直度要求后，拆除钻头、钻杆；在安装钢筋笼前用井经仪检测孔径，用沉碴厚度测定仪检测孔底沉碴。
3.3 水下混凝土灌注
3.3.1 导管准备
因现行规范对超长桩施工尚无具体的规定和要求，施工前比照一般钻孔桩进行导管的检算和试验，按照规范规定，在各项指标取其上限的基础上增加20%的富余量。通过计算试验，导管采用φ内＝3000mm，δ＝10mm无缝钢管加工，每节3m，接头采用快速接头，材质为合金。因导管自重达11.9t，在导管强度检核计算时，考虑最不利因素组合共同作用，对其母材、接头、焊缝等安全系数均取2.5。
3.3.2 混凝土灌注
混凝土灌注前，利用空压机通过导管内气管反循环清孔。气管长度一般为桩长的2/3。封底用首批混凝土16m3，采用封底料斗（2m3）装满混凝土后，另外两台罐车同时卸料，以保证足够的混凝土压力；封底采用隔水球和料斗活门同时控制，确保混凝土在长距离下料过程中不离析。灌注过程中采用锥形测锤检查混凝土顶面高程，随时控制导管埋深。锥形测锤的好处在于其可以穿透孔内沉淀层而浮于混凝土顶面，测锤为5mm铁皮制成的底部直径20cm、高25cm的中空圆锥体，内部填装短钢筋头，并通过试验调整其重量。灌注中在孔外给测绳以均匀的拉力（5kg～8kg），由于回顶混凝土对测锤的浮力，在测绳上可以准确感觉到孔内混凝土上升的速度和位置。
4 工程检测
该工程桩基础连续性的检测方法采用反射波法，其基本原理为：用锤激励桩头，所产生的应力波将沿着桩身向下传播，在传播过程中，如遇到桩底和桩身缺陷所形成的波阻抗界面，将产生声波的反射和透射。应力波反射和透射能量的大小取决于两种介质波阻抗的差异的大小。当应力波遇到缩颈、裂缝、离析、蜂窝、空洞、夹泥、断桩、二次浇灌面时，由于波阻抗变小，反射波与入射波初动相位同相；当应力波遇到扩颈、扩底时，波阻抗变大，反射波与入射波的初动相位反相。结合反射波振幅大小、频率和桩身波速高低、反射波到达时间等，对桩的完整性、缺陷程度、位置等作出综合判断。检测结果符合《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106—2003，J 256—2003）、《铁路工程基桩无损检测规程》（TB 10218—1999），表明桥墩基础桩身完整。
5 结语
为保证钻孔垂直度，除了钻头配重、腰带扶正器外，在80m～90m新老地层交界处，提钻重新下钻，以检查钻杆法兰的连接，防止因钻杆长时间钻进，导致螺栓松动。反循环钻对于超长钻孔桩单一采用反循环施工，因泥浆泵的泵量、吸程相对有限，在90m以下范围钻进中效率将大为下降。可配合使用气举反循环法，保证灌注前孔内泥浆指标，同时缩短了清孔时间，取得了较好的效果。
[参考文献]
[1]JGJ 94—2008，建筑桩基础技术规范[S]．
[2]牛义，倪俊，薛良钟. 桩基础施工中流砂治理技术和成本造价分析[J]. 安徽建筑，2007（6）：104-105．
[3]黄智衡．桩基础施工过程中出现烂桩头、断桩、短桩的分析与处理．科技信息，2006（7）：76，80．
[4]张海波，曾祥军. 桩基础的设计、施工、验收技术初探[J]. 黑龙江科技信息， 2008（13）：266．
[5]陈忠，王洪涛. 断桩处理的原因、预防措施及处理方法[J]. 中小企业管理与科技， 2009（19）：200-201．
[关键词] 多层地基土；不稳定地层；超长钻孔桩；施工工艺
中图分类号：TU47文献标识码： A 文章编号：
1 现有桩基础施工工艺
桩基础由基桩和连接于桩顶的承台共同组成，广泛应用于高层建筑与桥梁当中。桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震造成浅部土层液化与震陷的情况下，桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力，从而确保高层建筑的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。常用的桩型主要有预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻（冲）孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、钢管桩等，其适用条件和要求在《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）中均有规定。
2 施工设备选型及钻具配备
2.1 设备选型
该项目工程桩径2.0m，设计孔深最大132m，实际施工孔深达136m，为國内同类工程之最，
尚无成熟的施工经验可供借鉴。经广泛查询各类钻机性能并进行经济技术比较，分析钻进工艺及钻机对地层的适应性后，引进4台中升（南京）起重机械有限公司生产的ZSD-3000型液压钻机。该钻机为全液压控制，最大钻孔直径3000mm（岩石），钻孔深度150m；转速为0r/min～8r/min，扭矩为2.10×103N•m；转速为0r/min～14r/min，扭矩为1.20×103N•m。提升能力1.50×106N，导向架倾斜角25°，动力头倾斜角45°，整机总功率2.10×103W。钻机配备12BS砂石泵组，排量达1200m3/h。
2.2 钻具配备
钻杆选用φ 325mm×25mm法兰钻杆，配双侧高压气管。该钻杆刚度大，能保证钻进过程中的垂直度要求，同时满足大泵量、反循环快速钻进。为满足地质互层频繁的实际情况，钻头经反复试验，对比改造，确定为四翼双腰带合金前导梳齿钻头。钻头翼板仰角30°，前角15°，前导锥形小钻头φ45cm，长50cm。合金刀片采用YG8A140硬质合金。这种钻头能满足在黏土层钻进时不致糊钻，在姜石层不致蹩车歪钻。适宜的切削角保证了钻碴块度，既能满足快速钻进的要求，同时也便于钻碴反循环抽排时不至于卡在钻杆中。为保证开钻时的垂直度，在开孔时钻头增加配重15t，确保钻杆处于铅直状态；钻进至30m以下时，钻杆的自重即能保证钻杆铅直，为减小钻杆的自由长度，在钻杆中间加腰带扶正器。
3 施工工艺
3.1 钻进施工
3.1.1 施工准备
因钻机自重达45t，地表承载能力有限，在施工前进行场地硬化，以保证钻进过程中钻机的稳定和动力转盘水平。经计算，采用C15混凝土硬化厚度20cm，同时在场地上预留泥浆循环沟。确定的主要施工方案为反循环成孔，为保证在30m以上范围新的地质层面钻进安全和新老地层交界处不致出现倾斜，在第一个孔40m范围内，采用扩大孔径（2400mm），水泥浆护壁工艺试验，经孔斜、孔径检测能满足垂直度和护壁要求（成孔孔径2018mm），但成孔周期过长；采用改善泥浆指标、调整钻速等措施，通过两个孔的实践，解决了在新地质层面钻进的成孔质量问题。
3.1.2 工艺参数
为保证孔的垂直度，钻进中除地表段粉砂层外，全程采用减压钻进，气举反循环成孔。钻机额定钻进钻压250 M P a ，钻进中控制 在00MPa～125MPa。 ZSD-3000型液压钻机转速为0rpm～14rpm，在前30m钻进时采用高转速（10rpm）、高浓度泥浆（2.4g/cm3）钻进，以加强粉砂层及黏土互层护壁；在黏土层钻进时采用中转速（6rpm）、较低浓度泥浆（1.9g/cm3）钻进，防止黏土在钻头梳齿和腰带部位糊钻；在姜石层采用低转速（3rpm）、低浓度泥浆（1.5g/cm3）钻进，同时加大钻压至200MPa；最终成孔周期控制为7d。
3.1.3 泥浆指标及循环系统
在钻进前30m时因无泥浆可利用，采用孔外造浆。采用磷质膨润土6%～8%，黏土20%，片碱0.3%，CMC0.5%，PHP0.05%，并进行多次试配，配制成优质泥浆。钻进至黏土层时可进行孔内造浆，通过循环系统中泥浆指标测定，适时添加泥浆外加剂，保证钻进过程中泥浆指标。在开孔前场地附近设泥浆循环池和造浆池，通过泥浆沟与孔位相连。正常钻进穿过砂层后，泥浆循环采用ZX-250泥浆净化装置。在反循环钻进时，以12′胶管连接钻机和泥浆净化装置进浆口，泥浆经振动筛两层筛网过滤，钻碴经筛网倾斜面卸落，泥浆进入净化装置，除砂后胶管流入孔内，形成反循环回路。泥浆净化装置可以将泥浆中的钻碴及时分离净化干燥，便于清理运输，同时便于场地泥浆池布置，节省了泥浆沉淀时间和循环回路，保证入孔泥浆指标，大大提高了钻进效率。
3.2 孔径检测
成孔后，采用JJC-1桩基检测系统的井斜仪进行垂直度检测，根据规范满足垂直度要求后，拆除钻头、钻杆；在安装钢筋笼前用井经仪检测孔径，用沉碴厚度测定仪检测孔底沉碴。
3.3 水下混凝土灌注
3.3.1 导管准备
因现行规范对超长桩施工尚无具体的规定和要求，施工前比照一般钻孔桩进行导管的检算和试验，按照规范规定，在各项指标取其上限的基础上增加20%的富余量。通过计算试验，导管采用φ内＝3000mm，δ＝10mm无缝钢管加工，每节3m，接头采用快速接头，材质为合金。因导管自重达11.9t，在导管强度检核计算时，考虑最不利因素组合共同作用，对其母材、接头、焊缝等安全系数均取2.5。
3.3.2 混凝土灌注
混凝土灌注前，利用空压机通过导管内气管反循环清孔。气管长度一般为桩长的2/3。封底用首批混凝土16m3，采用封底料斗（2m3）装满混凝土后，另外两台罐车同时卸料，以保证足够的混凝土压力；封底采用隔水球和料斗活门同时控制，确保混凝土在长距离下料过程中不离析。灌注过程中采用锥形测锤检查混凝土顶面高程，随时控制导管埋深。锥形测锤的好处在于其可以穿透孔内沉淀层而浮于混凝土顶面，测锤为5mm铁皮制成的底部直径20cm、高25cm的中空圆锥体，内部填装短钢筋头，并通过试验调整其重量。灌注中在孔外给测绳以均匀的拉力（5kg～8kg），由于回顶混凝土对测锤的浮力，在测绳上可以准确感觉到孔内混凝土上升的速度和位置。
4 工程检测
该工程桩基础连续性的检测方法采用反射波法，其基本原理为：用锤激励桩头，所产生的应力波将沿着桩身向下传播，在传播过程中，如遇到桩底和桩身缺陷所形成的波阻抗界面，将产生声波的反射和透射。应力波反射和透射能量的大小取决于两种介质波阻抗的差异的大小。当应力波遇到缩颈、裂缝、离析、蜂窝、空洞、夹泥、断桩、二次浇灌面时，由于波阻抗变小，反射波与入射波初动相位同相；当应力波遇到扩颈、扩底时，波阻抗变大，反射波与入射波的初动相位反相。结合反射波振幅大小、频率和桩身波速高低、反射波到达时间等，对桩的完整性、缺陷程度、位置等作出综合判断。检测结果符合《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106—2003，J 256—2003）、《铁路工程基桩无损检测规程》（TB 10218—1999），表明桥墩基础桩身完整。
5 结语
为保证钻孔垂直度，除了钻头配重、腰带扶正器外，在80m～90m新老地层交界处，提钻重新下钻，以检查钻杆法兰的连接，防止因钻杆长时间钻进，导致螺栓松动。反循环钻对于超长钻孔桩单一采用反循环施工，因泥浆泵的泵量、吸程相对有限，在90m以下范围钻进中效率将大为下降。可配合使用气举反循环法，保证灌注前孔内泥浆指标，同时缩短了清孔时间，取得了较好的效果。
[参考文献]
[1]JGJ 94—2008，建筑桩基础技术规范[S]．
[2]牛义，倪俊，薛良钟. 桩基础施工中流砂治理技术和成本造价分析[J]. 安徽建筑，2007（6）：104-105．
[3]黄智衡．桩基础施工过程中出现烂桩头、断桩、短桩的分析与处理．科技信息，2006（7）：76，80．
[4]张海波，曾祥军. 桩基础的设计、施工、验收技术初探[J]. 黑龙江科技信息， 2008（13）：266．
[5]陈忠，王洪涛. 断桩处理的原因、预防措施及处理方法[J]. 中小企业管理与科技， 2009（19）：200-201．